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电价大涨+节能降碳 水泥行业迎来电机升级热潮

2022/01/13 09:18 来源:中国水泥网信息中心 手机看文章

电力是水泥生产必须能源,在生料粉磨、熟料煅烧以及水泥粉磨等环节都有应用。目前,国内吨水泥综合电耗在90度左右,以2020年全国水泥产量23.77亿吨计算,去年水泥行业消耗的电能达到2139.3亿度,占2020年全国发电量的2.88%。......

10月29日,工信部及市场监管总局联合下发《电机能效提升计划(2021-2023年)》(简称:《计划》),明确要求到2023年,高效节能电机年产量达到1.7亿千瓦,在役高效节能电机占比达到20%以上。

《计划》发布的背后是一组残酷的数据。资料显示,从我国目前全社会用电结构来看,工商业用户耗电量约占 80%,其中电机耗电为用电终端中占比最大的部分,约占工业用电的 75%,全国总耗电的 60%。

因此,电机节能将成为降低工业能耗,早日实现碳达峰、碳中和的关键一步。

水泥行业电机节能升级势在必行

电力是水泥生产必须能源,在生料粉磨、熟料煅烧以及水泥粉磨等环节都有应用。目前,国内吨水泥综合电耗在90度左右,以2020年全国水泥产量23.77亿吨计算,去年水泥行业消耗的电能达到2139.3亿度,占2020年全国发电量的2.88%。

 

一方面是巨大分电力消耗,另一方面则是水泥行业在电机升级方面的任重而道远。

不久前,南方某省工信厅公示了2021年省国家工业专项节能监察结果。专项节能监察结果显示,节能监察了80家水泥企业,处在生产状态有76家。能耗达标企业有74家,占比97.4%。粗看数据,还算亮丽,细看数据,问题来了。

在监察结果栏中显示“存在在用落后机电设备,限期整改”的企业多达41家,占比高达53.9%。在扣除了存在能耗超标和存在在用落后机电设备双料问题的2家企业,在能耗达标的74家企业中,有39家存在在用落后机电设备,占达标企业52.7%,一半还多。

一行业人士指出这并非只是该地区存在的情况。

除了水泥行业本身存在巨大的电机升级压力,外部环境的变化也在迫使水泥行业在降低电耗方面迈出更多实质性的步伐。

首先,“能耗双控”背景下,高能耗行业用电成本大幅上升。根据10月12日,发改委印发《关于进一步深化燃煤发电上网电价市场化改革的通知》,高耗能企业市场交易电价不受上浮20%限制。随后,各省市相继出台电价改革措施,高能耗行业电价大幅上调。以江苏为例,高耗能企业尖峰电价是市场交易购电价格的2.15倍。

其次,降低能耗成为水泥落后产能淘汰的硬性指标。根据国家发改委发布的《关于严格能效约束推动重点领域节能降碳的若干意见》,到2025年,通过实施节能降碳行动,水泥等重点行业达到标杆水平的产能比例超过30%。同时,根据《高耗能行业重点领域能效标杆水平和基准水平(2021年版)》,各地要明确改造升级和淘汰时限(一般不超过3年)以及年度改造淘汰计划,在规定时限内将能效改造升级到基准水平以上,力争达到能效标杆水平,对于不能按期改造完毕的项目进行淘汰。 

最后,水泥行业降碳的实质性要求。水泥是碳排放大户,仅仅2020年我国水泥行业就排放二氧化碳14.66亿吨,约占全国碳排放总量的14.3%。在“双碳目标”背景下,水泥行业面临的碳减排压力非常巨大,降低生产电耗是水泥行业实现绿色低碳发展的重要一环。

另外,据相关测算,水泥成本当中用电成本占30%-35%。在目前我国的水泥生产线中,已有60%进行了部分电机系统改造,尚有30%的节能新技术、加强技术改造是水泥行业节水泥生产线未进行电机系统改造,改造后的电机系统平均至少具有20%的节能空间。进行电机系统的技术改造具有巨大的节能潜力,推广应用能减排的重要举措。

永磁电机成为水泥行业降低电耗关键

《计划》中明确提出,加大高效节能电机应用力度。针对变负荷运行工况,推广2级能效及以上的变频调速永磁电机。针对使用变速箱、耦合器的传动系统,鼓励采用低速直驱和高速直驱式永磁电机。大力发展永磁外转子电动滚筒、一体式螺杆压缩机等电动机与负载设备结构一体化设计技术和产品。

作为一家在国内永磁电机领域拥有重要影响力的装备服务商,江苏嘉轩智能工业科技股份有限公司(简称:嘉轩智能)董事长付杰直言:“这是官方第一次通过正式文件的方式,表示出对永磁技术的认可,并要求推广永磁电机技术,可以说这是永磁行业的一件大事”。

嘉轩智能董事长付杰

《计划》如此认可永磁技术,源于该技术相较于传统电机在节能及设备安全等方面存在的巨大优势。

通常情况下,传统电机只有在额定负荷的80%-100%时,其工作效率才会达到80%以上,此时的功率因数高于0.8。永磁同步电机在额定负荷的20%-120%(过载)时,工作效率均在94%以上,在同样的负荷区间内,功率因数高于0.95。效率高,功率因数高,就意味着能耗低。

付杰表示,与传统系统装置相比,开创性地把滚筒做成外转子电机,取消了原系统电机、液力耦合器你、减速机、联轴器、滚筒等。研发出永磁直驱一体系统,具有直驱低速、大扭矩、免维护、高效节能、传动效率高、低耗能、运行平稳、结构紧凑、占据空间小等诸多优点。适合于重载启动场合,具有较大的过载能力和较高的机械强度。

因此,永磁变频直驱系统特别适用于有时过负荷及显著振动与冲击的设备,是目前是水泥行业驱动设备理想的驱动系统产品,可快速推进水泥行业的绿色化、智慧化,为助力实现2060年的碳中和的目标。

以国内市场占有率高达80%的嘉轩智能“拳头”产品——永磁滚筒为例。

据付杰的介绍,江苏嘉轩已经成功使用了目前全球最大的710kW永磁滚筒,为客户的皮带机驱动系统的进行了革命性的技术升级,取消原驱动系统的电机、减速机、液力耦合器、联轴器。驱动滚筒即是电机,电机即是滚筒。

相较于原有系统,永磁滚筒优势明显:

1、结构简单,省去减速机、液力耦合器、联轴器等部件,极大地节省安装空间,节约空间的超20%。

2、与原系统相比,减少75%的检修维护量和维护材料投入。驱动部结构简单,只有驱动器+滚筒的结构,改变了传统的电动机、耦合器+减速器、驱动滚筒三位一体的布置方式,减少了原系统85%的维护量、维护材料投入和检修维护中的安全隐患。

3、减少现有结构中运行时地形变化对设备轴中心对准的问题。工业智能滚筒的一体式设计,解决了系统传动中由于安装地面的一些问题,造成原系统轴对接配合错位的问题,极大地提高了系统安装的可靠性,降低故障率。

4、因少了传动环节及永磁电机的高效特性,极大的降低能耗,节约用电成本,平均能耗降低超20%。其永磁滚筒的功率因素还高。随负载的变化,嘉轩系列的工业智能滚筒的功率因素基本不变,可降低使用电缆的直径。

嘉轩智能永磁滚筒

另外,高功率电机方面,某水泥厂煤磨上使用了嘉轩智能1600kw永磁直驱电机之后,较传统电机,优势同样明显。

1、取消减速机和辅传系统,完全解决减速机故障点,降低维护量及维修费用;

2、永磁直驱电机本身采用高质量零部件,保证产品的高可靠性更平稳的运行;

3、去除减速机过渡环节,降低机械传动能量损失,传动效率提升;综合节能超10%

4、永磁直驱电机采用变频器启动及运行,启动平稳,减轻对电网的冲击,对小齿轮及大齿轮也起到有效保护,大大的延长煤磨的使用寿命;

付杰还表示,在建材行业绿色发展大背景下,江苏嘉轩推出的永磁直驱电机,已有数百套在中联水泥祁连山水泥、金隅冀东、华润水泥、亚东水泥等水泥企业投入使用,应用范围涵盖了斜拉链机、提升机、皮带机、辊压机、刮板机、堆取料机、原料磨选粉机、蓖冷机、破碎机、风机、水泵、混料机...等多个水泥生产设备,为水泥行业节电降耗做出了突出贡献。该产品在一些设备上节能率可达到40%以上,提高了设备的使用寿命,降低企业的生产成本。

基于永磁技术的巨大优势,国内水泥企业相关应用推广工作也在快速推进。江西一水泥企业生产负责人表示,2021年该厂将篦冷机风机全部替换为永磁变频风机,总共2500kW,吨熟料电耗下降了1.2度,未来还将继续扩大永磁变频电机的适用范围。

嘉轩智能生产车间

更节能、更智能 永磁技术的未来之路

永磁技术装备在水泥行业的应用,早在多年前就已经开始,但是一直处于“不温不火”的状态,直到当前随着行业标准的不断完善,客户信心不断提高,产品成本持续下降并趋近于普通电机,加之水泥行业节能、减人需求迫切,永磁技术装备终于有望迎来高速发展阶段。

永磁电机逐步取代传统电机是水泥行业绿色高质量发展的大势所趋,甚至在未来,永磁电机可能取代水泥生产中涉及到的所有传统电机,不过在这一过程中,永磁电机需要在进一步发挥自身优势,在提升设备性能和智能化方面不断取得突破。

付杰指出,在材料领域,永磁技术已经发展到相当成熟的阶段,目前使用的钕铁硼磁铁是当时全世界磁能积最大的物质,磁性仅次于绝对零度钬磁铁的永久磁铁。未来,永磁技术的发展将更多的集中在应用技术领域。

一方面,永磁技术需要不断丰富和拓展应用场景,为工业节能带来帮助;另一方面,具体到装备之上,在深度挖掘节能潜力、延长使用寿命、提高设备稳定性、降低使用噪音等关键指标方面,将极大考验生产企业的技术实力及服务能力。

近年来,嘉轩智能坚持高水平科技创新突破,以推动皮带输送驱动系统的高质量发展为使命,聚焦永磁驱动系统关键技术和难点,具有先进的生产技术管理体系和生产检测试验设备,配套全球唯一一套 11-710kw大扭矩全功率永磁滚筒专业实验室、超低频高压绝缘结构实验室、超低频高压绝缘材料实验室 ,建立智能工业电机驱动系统工程技术研究中心、企业技术中心,拥有多名中、高级专业技术人员。培养造就了一支知识结构合理、业务能力过硬、服务质量保证素质优良的专业化技术服务队伍,为提升产品性能和服务能力打下了坚实的基础。

同时,依托于强大的技术研发团队,嘉轩智能在很早之前就开始了数字化、智能化尝试。据付杰的介绍,2017年,嘉轩智能正式推出“机电卫士”在线诊断系统,通过对日常运行数据的采集、分析,为电机设备提供风险预警。该系统还具备机器深度学习能力,可以在运行过程中不断计算和修正参数,使用时间越久,价值越高。

付杰与中国水泥网交流

相较于传统电机不稳定的输出功率以及复杂的配套设施,永磁电机功率线性输出,且设备运行更加稳定,几乎免维护,数据采集更加方便精准。未来,数字化、智能化是水泥行业发展的必然趋势,而在此过程中,永磁技术将发挥重要作用。

付杰最后指出,永磁电机系统相较于传统电机系统,在各方面均存在巨大优势,不仅大幅降低包括水泥在内的工业行业生产电耗,更将在未来智能制造领域发挥重要作用。嘉轩智能也将持续在提升设备性能以及实现智能技术深度赋能方面加大投入力度,助力水泥等工业行业实现绿色化、智能化发展。

编辑:余丹丹

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